基于X86架构的超高清视频切画方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于X86架构的超高清视频切画方法及其系统，该方法包括定点切画、人工切画、智能切画三种切画方式中的一种或多种，可根据实际应用场景进行切换，本发明专利技术改变现有普遍的以单一方式对视频信号切画的操作和待处理视频信号普遍为4K的现状，保证用户能根据自身需求选择待处理视频信号大小、视频信号切画方式等，同时进一步确保其信号输出的实时性。

The method and system of UHD video cutting and drawing based on x86 architecture

【技术实现步骤摘要】
基于X86架构的超高清视频切画方法及其系统
本专利技术涉及视频切画技术，具体涉及一种基于X86架构的超高清视频切画方法及其系统。
技术介绍
目前现存的高分辨率视频转低分辨率切画产品在一定程度上已经占有部分市场份额，但由于相关设备和技术的局限性，主要存在以下问题：1)局限性大：基本没有超高清高分辨率视频切画处理设备，市面上可见的产品几乎都是4K转多路高清切画设备；2)操作方面不便：目前各个公司上市的产品大多使用一台控制面板，以中断式方式操控切画框，即在控制面板操控一个切画框时，其他切画框无法被操作，无法实现多个切画框同时切画的操作；3)跟踪不智能：虽然现有的一些设备中提供切画框跟踪人物并实时输出到监视器的功能，但其本质是在人或物上安装红外装置，由设备检测到红外装置并对该处切画，并不是真正的智能跟踪。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为保证相关行业对于高分辨率视频信号切画的需要，改变现有普遍的以单一方式对视频信号切画的操作和待处理视频信号普遍为4K的现状，保证用户能根据自身需求选择待处理视频信号大小、视频信号切画方式等，同时进一步确保其信号输出的实时性，基于X86架构的切画系统采用一种基于X86架构的超高清视频切画方法及其系统来对8K超高清视频信号进行处理的复合算法克服现有技术的不足。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于X86架构的超高清视频切画方法，该方法包括：S1：通过视频输入模块获取视频信号，并将视频信号传输至处理器；S2：在处理器中，视频信号由板卡到GPU之间使用GPUDirectRDMA技术传输；S3：切画操作，其包括：1)定点切画后台设置切画框位置，保持切画框在屏幕上的位置始终不变，通过监视器对切画框中的内容做稳定持续输出；和或，2)人工切画后台选择输出信号所对应的监视器，确定切画框属性，同时在监视器端的各个监视器分别配备一个操作面板，通过所述操作面板对切画框进行操作，监看屏幕上的切画框随之动作，同时对监视器作对应输出；和或，3)智能切画由计算机根据输入的视频，自动识别需要跟踪的主体，监看屏幕中切画框自动框出该主体和背景，并对该监视器作做实时对应输出。进一步的，智能切画模式下，CUDA辅助切画；初始化OpenGL并使用其API创建数据缓冲区，将缓冲区分享给CUDA，让CUDA映射共享资源获取设备指针后执行函数，再解除CUDA对共享缓冲区的映射，最后调用OpenGLAPI显示以实现OpenGL和CUDA交互；利用OpenGL将信号渲染并传输到8K监看大屏；最终GPU使用GPUDirectRDMA技术将信号传输到板卡，并传输至各个监视器。进一步的，所述视频输入模块为一路8K摄像机或四路4K摄像机拍摄的内容，每路经由1组12G-SDI视频信号线输入到基于X86架构的算法工作站中进行处理。进一步的，经处理器处理的8K信号或4路4K信号通过HDMI输出到监看屏幕，同时通过SDI将切画框中的4K和HD信号输出到对应监视器中。进一步的，所述智能切画利用帧间差分法和背景差分法融合运用，用以检测出视频中运动，利用目标跟踪算法对该被检测的运动主体进行跟踪。进一步的，所述智能切画的具体步骤为：当处理器接收到由摄像机传输的视频信号后，先利用帧间差分法，对视频图像中连续的两帧相减得到两帧图像亮度差的绝对值，并将其和阈值进行对比；若大于阈值，则可分析出视频图像序列的运动特性，确定图像序列中的人、物运动；若小于阈值，则利用均值建模法对视频做背景差分，即在在视频图像中取连续N帧，计算这N帧图像像素灰度值的平均值来作为背景图像的像素灰度值，以此来确定人、物运动情况；当使用帧间差分法和背景差分法结合的方式检测出视频画面中物体运动时利用KCF和相关滤波判别式目标跟踪方法，在每一个视频场景中更新使用脊回归训练好的目标检测器，利用周围区域的循环矩阵采集正负样本判断跟踪到的是目标还是周围的背景信息后，使用轮转矩阵对跟踪目标进行采集，同时使用快速傅里叶变化对算法进行加速计算，实现目标跟踪。一种基于X86架构的超高清视频切画系统，其特征在于，该系统包括视频输入模块、处理器、监视器和监看屏幕，所述视频输入模块用于获取视频信号并上传至处理器，处理器分别与监视器和监看屏幕连接，并基于处理器完成切画，切画完成后传输至各监视器。进一步的，所述处理器包括板卡、GPU模块；板卡通过GPUDirectRDMA传输方式与GPU模块连接，用于传输视频信号；GPU模块接收到视频信号后通过CUDA对输入的视频信号进行切画处理，并初始化OpenGL模块，并使用其OpenGLAPI创建数据缓冲区，将缓冲区分享给CUDA，让CUDA映射共享资源获取设备指针后执行函数，再解除CUDA对共享缓冲区的映射，最后调用OpenGLAPI显示以实现OpenGL和CUDA交互；利用OpenGL将信号渲染并传输到8K监看大屏；最终GPU使用GPUDirectRDMA技术将信号传输到板卡，并传输至各个监视器。本专利技术的有益效果是：1).本专利技术创新使用复合人工智能技术，对8K超高清视频中的人、物等多种主体进行识别，同时对场景中的动态变化识别和跟踪，并将识别到的内容对对应监视器输出，能够更为有效的提高同一场景中针对多个主体切画的效率。2).本专利技术利用三种模式对8K视频进行切画处理，可以针对多种使用场景更好的匹配用户需求来选择定点、人工和智能三种切画模式，切画处理方法适应性更高。3).相较于现存的4K转多路高清影像机，该算法提供8K转多路4K和多路高清的处理操作，使得算法的通用性进一步加强，更高的分辨率跨度范围也可以在更多领域的应用带来新的解决方案。附图说明图1为本专利技术系统示意图；图2为定点切画系统框架图；图3为人工切画系统框架图；图4为智能切画系统框架图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下。名词解释：1)CUDACUDA是NVIDIA公司为图形处理单元(GPU)上的通用计算开发的并行计算平台和编程模型，开发人员可以使用CUDA并利用GPU显著加快计算应用程序的速度。在GPU加速的应用程序中，工作负载的顺序部分运行在CPU上(为单线程性能优化)，而计算密集的应用程序部分并行运行在数千个GPU内核上。当使用CUDA时，开发人员可以通过几个基本关键字的形式在流行语言编程中实现并行性。2)OpenGLOpenGL是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口。它提供硬件接受器，而不是软件接受器，它意味着它可以访问图形卡，并提供质量保证，而不受CPU的限制。该工具通常用于二维和三维向量图形，并可在今天的每一个普通操作系统上查阅。3)GPUDirectRDMARDMA是一种智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，该方法包括：/nS1：通过视频输入模块获取视频信号，并将视频信号传输至处理器；/nS2：在处理器中，视频信号由板卡到GPU之间使用GPUDirect RDMA技术传输；/nS3：切画操作，其包括：/n1)定点切画/n后台设置切画框位置，保持切画框在屏幕上的位置始终不变，通过监视器对切画框中的内容做稳定持续输出；/n和或，/n2)人工切画/n后台选择输出信号所对应的监视器，确定切画框属性，同时在监视器端的各个监视器分别配备一个操作面板，通过所述操作面板对切画框进行操作，监看屏幕上的切画框随之动作，同时对监视器作对应输出；/n和或，/n3)智能切画/n由计算机根据输入的视频，自动识别需要跟踪的主体，监看屏幕中切画框自动框出该主体和背景，并对该监视器作做实时对应输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，该方法包括：
S1：通过视频输入模块获取视频信号，并将视频信号传输至处理器；
S2：在处理器中，视频信号由板卡到GPU之间使用GPUDirectRDMA技术传输；
S3：切画操作，其包括：
1)定点切画
后台设置切画框位置，保持切画框在屏幕上的位置始终不变，通过监视器对切画框中的内容做稳定持续输出；
和或，
2)人工切画
后台选择输出信号所对应的监视器，确定切画框属性，同时在监视器端的各个监视器分别配备一个操作面板，通过所述操作面板对切画框进行操作，监看屏幕上的切画框随之动作，同时对监视器作对应输出；
和或，
3)智能切画
由计算机根据输入的视频，自动识别需要跟踪的主体，监看屏幕中切画框自动框出该主体和背景，并对该监视器作做实时对应输出。


2.根据权利要求1所述的基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，智能切画模式下，初始化OpenGL并使用其API创建数据缓冲区，将缓冲区分享给CUDA，让CUDA映射共享资源获取设备指针后执行函数，再解除CUDA对共享缓冲区的映射，最后调用OpenGLAPI显示以实现OpenGL和CUDA交互；利用OpenGL将信号渲染并传输到8K监看大屏；最终GPU使用GPUDirectRDMA技术将信号传输到板卡，并传输至各个监视器。


3.根据权利要求2所述的基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，所述视频输入模块为一路8K摄像机或四路4K摄像机拍摄的内容，每路经由1组12G-SDI视频信号线输入到基于X86架构的算法工作站中进行处理。


4.根据权利要求2所述的基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，经处理器处理的8K信号或4路4K信号通过HDMI输出到监看屏幕，同时通过SDI将切画框中的4K和HD信号输出到对应监视器中。


5.根据权利要求4所述的基于X86架构的超高清视频切画方法，其特征在于，所述智能切画利用帧间差分法和背景差分法融合运用，用以检测出视频中运动，利用目标跟踪算法对该被...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，宋小民，吴成志，
申请(专利权)人：四川新视创伟超高清科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51